三,浮点数在内存中的存储
我们常见的浮点数有:3.14159 , 1E10 等
1,浮点数的存储规则
根据国际标准IEEE (电气和电子工程协会)754,任意一个二进制浮点数V可以写成下面的形式:
(-1) ^S *M * 2^E
(-1) ^S * M * 2^E
M表示有效数字,大于等于1,小于2
2 ^ E 表示指数位
举个例子:
十进制的5.0,写成二进制是101.0,相当于1.01*2^2
那么,按照上面的格式,可得出S=0,M=1.01,E=2
十进制的-5.0,写成二进制是-101.0,相当于-1.01*2^2。那么,S=1,M=1.01,E=2。
我们以单精度浮点型32位数据为例:
而双精度浮点型64数据为例:
2,数字M和指数E的特殊规定
IEEE754对有效数字M和指数E,还有一些特别规定 :
对于M:
前面说过, 1≤M<2 ,也就是说,M可以写成 1.xxxxxx 的形式,其中xxxxxx表示小数部分。
IEEE 754规定,在计算机内部保存M时,默认这个数的第一位总是1,因此可以舍去,只保存后面的xxxxxx部分。比如保存1.01的时候,只保存01,等到读取的时候,再把第一位的1加上去。这样做的目的,是节省1位有效数字。
以32位浮点数为例,留给M只有23位,将第一位的1舍去以后,等于可以保存24位有效数字。等于说可以多出一位来保存数据。
对于E,情况更为复杂;
首先,E为一个无符号整数(unsigned int)这意味着,如果E为8位,它的取值范围为0-255。如果E为11位,它的取值范围为0~2047。
但是,我们知道,科学计数法中的E是可以出现负数的,所以IEEE 754规定,存入内存时E的真实值必须再加上一个中间数,对于8位的E,这个中间数是127;对于11位的E,这个中间数是1023。比如,2^10的E是10,所以保存成32位浮点数时,必须保存成10+127=137,即10001001。
然后,指数E从内存中提取出还可以再分成三种情况:
第一种:E不全为0或全为1
浮点数就采用以下的规则表示,即指数E的计算值减去127(或1023),得到真实值,再将有效数字M前加上第一位的1。
例如:0.5(1/2)的二进制形式为0.1,由于规定正数部分必须为1,即将小数点右移1位,则为1.0*2^(-1),其阶码为-1+127=126,表示为01111110,而尾数1.0去掉整数部分为0,补齐0到23位00000000000000000000000,则其二进制表示形式为:
0 01111110 0000000 00000000 00000000
第二种:E全为0
这时,浮点数的指数E等于1-127(或者1-1023)即为真实值,有效数字M不再加上第一位的1,而是还原为0.xxxxxx的小数。这样做是为了表示±0,以及接近于0的很小的数字。
第三种:E全为1
这时,如果有效数字M全为0(虽然M全为0,但是我们省略了小数点前的1),表示±无穷大(正负取决于符号位s);
好了,关于浮点数的规则,就到这里了!
以下我们来举个例子观察一下:
变量 n 为9.5,二进制为1001.1=(-1)^0 *1.0011 * 2^3
S=0,E=3,M=1.0011
有效 E = 3+127
二进制保存为:0 10000010 0011000 00000000 00000000
转为十六进制为:41 18 00 00
小端字节序存储:00 00 18 41
是不是就对上了√
四,总结
本文呢,主要详解了数据类型及其在内存中的存储方式,同时呢解刨了,原码,反码和补码的概念;
数据在内存中的存储方式---大小端字节序(存储);
以及浮点型的存储方式,让我们以后做题目时能更加从容,不会惊慌失措;
深度理解各种数据在内存中的存储方式;